某轎車操縱穩定性客觀試驗方法及評價

楊 飛，楊鈞浩，李自平，楊 雷

某轎車操縱穩定性客觀試驗方法及評價

楊 飛1，楊鈞浩2，李自平2，楊 雷2

（1.天府新區信息職業學院，四川 眉山 620564；2.四川建安工業有限責任公司，四川 雅安 625000）

文章主要通過對車輛的操作穩定性試驗進行測試，根據8項操縱穩定性客觀試驗，從而為改善汽車的操縱穩定性、提高車輛的安全性提供依據。通過客觀試驗原地轉向、滾動轉向、斜坡制動、On Center（方向盤中間位置轉向）、穩態回轉、掃頻轉向、雙移線、角階躍等試驗方法得到該樣車操穩性能各個方面的關鍵參數和曲線。基于這些數據，可以對該樣車各項操穩性能進行評判，得出結論為該車具備不足轉向的特性，為該車型的操穩性能的優化提供依據，同時可為底盤調教提供數據支持，最終為車輛穩定性和安全性提升奠定基礎，從而提高該車型的操作穩定性和安全性。

整車試驗；操縱穩定性；場地試驗

整車操縱穩定性是汽車的重要性能之一，汽車的操縱穩定性評價方法大致分為主觀評價、客觀評價、基于人-車閉環系統的綜合評價等[1]，主觀評價是基于專業的測試駕駛員根據指定的操縱方法在標準工況下對車輛操縱穩定性的主觀感覺，通過一定的標準進行評價，而客觀評價是汽車在實車實際測試的工況下進行的，根據測試的操縱穩定性參數來對汽車的性能進行的評價[2]。

汽車底盤的開發階段，車輛性能目標的設定通常是基于客觀評價。結合動力學仿真技術，這些試驗在仿真環境下進行，可以大大減少項目研發的成本，同時縮短研發時間[3]。各公司操縱穩定性客觀試驗的檢測方法并不相同，本文提供一種較全面且實用性強的檢測方法。

1 試驗設備

1.1 設備參數

操縱穩定性客觀試驗所用設備及參數如表1所示。

表1 設備參數

1.2 設備安裝

陀螺儀的安裝位置是在車輛的絕對坐標系，即縱向是車輛的縱軸，垂向是重力方向，其中正向為向前，正向為向右，正向為向下。陀螺儀所有的測量參數均相對于安裝位置進行了修正：向距離質心位置向后290 mm，向在輪距的中心位置，向距離質心位置向上75 mm。陀螺儀的天線相對于安裝位置如下：向、向不變，向向上 1 100 mm。陀螺儀安裝照片見圖1，力矩方向盤安裝照片見圖2。

圖1 陀螺儀安裝照片

圖2 力矩方向盤安裝照片

2 試驗方法

本文操縱穩定性試驗方法共包含8項試驗，其中原地轉向、滾動轉向、斜坡制動是參照根據實際經驗設定的企業內部標準，On Center（方向盤中間位置轉向）、穩態回轉、掃頻轉向、雙移線是參照ISO標準，角階躍是參照國標[4]。具體試驗方法見表2。

表2 操縱穩定性試驗方法

表2 （續）

3 試驗結果分析

3.1 試驗結果

試驗結果關鍵指標如表3所示。

表3 關鍵指標

3.2 試驗結果分析

3.2.1原地轉向

方向盤的力矩及力值屬于中等，有著較小的力矩波動，左右轉方向盤力矩差異不大。方向盤總圈數為3.167圈。

3.2.2低速滾動轉向

中等的低速滾動轉向力，迅速到中等的水平，然后轉向力趨于小幅穩定增長，如圖3所示。

圖3 低速滾動轉向曲線

3.2.3方向盤中間位置轉向

從圖4中0.4橫擺角速度隨著方向盤轉角的變化曲線可以推斷出樣車具有如下比較明顯的特性：

（1）中等偏大的橫擺角速度響應增益；

（2）中等偏大的側向加速度響應增益；

（3）偏大的轉向系統剛度；

（4）轉向力矩的建立較線性，數值偏小；

（5）轉向功靈敏度偏大；

（6）側向加速度死區的方向盤轉角屬于中等偏大；

（7）轉向系統摩擦偏大；

（8）力矩死區的方向盤轉角偏小。

根據兩個不同的側向加速度試驗數據計算出的數據斜率存在差異。大角度范圍相比小角度范圍：

（1）轉向系統剛度減小，屬于中等偏小系統剛度；

（2）側向加速度增加的情況下方向盤力矩優勢減小。

圖4 0.4g橫擺角速度隨著方向盤轉角的變化曲線

3.2.4雙移線

94 km/h的入樁速度屬于偏下，從圖5可以看到，方向盤轉角、方形盤力矩、橫擺角速度、側向加速度、側傾角等均是在從變換車道回到原車道后達到最大。

3.2.5掃頻轉向

圖6為各信號的功率譜密度，對各信號所能夠覆蓋的頻率范圍進行檢驗。

轉向力矩和方向盤轉角的延遲時間對轉向感覺非常重要，主要由轉向系統的摩擦、慣量和阻尼決定[5]。

側向加速度的響應延遲時間屬于中等偏大，側向加速度的響應時間與橫擺角速度響應時間的差值適當。穩態側傾角增益與穩態回轉試驗中的側傾度有著較好的對應[6]。

3.2.6斜坡制動

從數據中可以看到，樣車有著偏大的制動俯仰度值為2.364 deg/。

3.2.7穩態回轉

圖7和圖8表明車輛具有過小的不足轉向特性；在高側向加速度區間，不足轉向度對稱性較差[7]。不足轉向度仍然較小：

（1）低的橫擺角速度增益；

（2）側向加速度中等。

該車具備一定的不足轉向特性，數據結果對應的最大側向加速度為0.78，屬于中等。較差的不足轉向度的線性特性：

（1）變化不規律的轉向響應特性和側向加速度增益（隨著側向加速度的增大）；

（2）車速改變，側向加速度改變，轉向感覺和響應程度很難得到理想狀態；

（3）在數值大的側向加速度下以及側向加速度增益，響應時間慢均無法提供較好的方向盤中間位置轉向響應。

圖7 方向盤轉角隨著側向加速度的變化曲線

圖8 前后軸側偏角之差隨著側向加速度的變化曲線

從車輛的穩態側傾特性可以看出左右轉的側傾度一致，平均6.637 deg/的側傾度屬于偏大。

4 結論

通過對試驗數據的分析，該車輛具有如下比較明顯的特性[8]：首先中等的原地轉向力，左、右轉方向盤力矩對稱性較好，中等的低速滾動轉向力，迅速到中等的水平，然后轉向力趨于小幅穩定增長，偏小的轉向力建立，偏大的轉向功靈敏度。中等偏大的側向加速度死區的方向盤轉角，偏大的轉向系統摩擦，偏小的力矩死區的方向盤轉角。中等的橫擺角速度響應時間，中等偏大的側向加速度響應時間。偏大的制動俯仰度，過小的不足轉向度，左右對稱性較差，不足轉向度線性特性一般，中等偏大的側傾度，中等的抓地力，中等偏小的最高通過車速。根據實驗數據，該車的操縱穩定性還可以進一步提升，可以改變懸架特性及方向盤自由轉角提升操縱穩定性，從而提高車輛的安全穩定性。

[1] 楊銀輝,靳昕,韓尚尚.基于橫向穩定桿的汽車操縱穩定性影響分析[J].汽車實用技術,2021,46(3):103- 105.

[2] 劉雅鑫.汽車操縱穩定性的層次化目標分解研究[D].成都:西南交通大學,2021.

[3] 楊必春.底盤操穩性目標設定淺析[J].時代汽車,2020 (21):157-159.

[4] 劉聰,陳勇,趙理.基于流挖掘的分布式驅動電動汽車橫向穩定控制[J].汽車技術,2020,45:(2):33-38.

[5] 劉博偉.汽車操縱穩定性客觀評價方法研究[D].重慶:重慶交通大學,2021.

[6] 王佳偉.底盤操縱穩定性開發中的主觀評價定量化[D].長春:吉林大學,2020.

[7] 張宏亮,劉志敏,王海,等.基于虛擬分析的某SUV車底盤性能調校[J].農業裝備與車輛工程,2020,58(6): 81-84.

[8] 韓帥.復雜工況下輪轂電機驅動電動汽車操縱穩定性控制[J].新型工業化,2020,10(3):67-70.

A Car Handling Stability Objective Test Method and Evaluation

YANG Fei1, YANG Junhao2, LI Ziping2, YANG Lei2

( 1.Tianfu New District Information Vocational College, Meishan 620564, China;2.Sichuan Jian'an Industry Company Limited, Yaan 625000, China )

This article mainly tests the operation stability test of the vehicle, according to 8 operation objective stability tests, so as to provide a basis for improving the operation stability of the vehicle and improving the safety of the vehicle. Through the objective test of in-situ steering, rolling steering, slope braking, On Center (steering wheel middle position steering), steady state rotation, sweep steering, double shift line, angular step and other test methods to obtain the key parameters and curves of the sample vehicle stability performance. Based on these data, can judge the sample car each hold steady performance, concluded that the car has the characteristics of the steering, operation of the steady performance optimization basis, for the model can provide data support for the chassis adjustment, eventually lay the foundation for vehicle stability and safety, so as to improve the operation stability and safety of the model.

Complete vehicle test; Handling stability; Field test

U462；U467

A

1671-7988(2023)03-130-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.03.025

楊飛（1992—），男，講師，研究方向為底盤動力學與新能源汽車技術，E-mail:1223253367@qq.com。